GEOLOGIA STOSOWANA (III) Geomechanika

Transkrypt

1 Zasady zaliczenia ćwiczeń: Obecność na ćwiczeniach (dopuszczalne 3 nieobecności) Ocena końcowa na podstawie kolokwium (max 50 pkt) Dostateczny pkt Dostateczny plus pkt Dobry pkt Dobry plus pkt Bardzo dobry pkt Literatura: Glazer Z., Malinowski J Geologia i geotechnika dla inżynierów budownictwa. PWN Warszawa Kidybiński A Podstawy geotechniki kopalnianej. Wyd. Śląskie. Katowice. Pinińska J Właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe skał. T Zakład Geomechaniki UW. Warszawa Pinińska J. (Red) Baza danych geomechanicznych właściwości skał. Zakład Geomechaniki UW. Warszawa

2 Specjalizacje na Wydziale Geologii UW Hydrogeologia Geologia inżynierska Ochrona środowiska Geologia stratygraficzna i poszukiwawcza Geologia klimatyczna Paleontologia Geochemia, mineralogia i petrologia Geologia złożowa i gospodarcza Tektonika i kartografia geologiczna

3 Geologia inżynierska Zakład Geologii Inżynierskiej Zakład Geomechaniki Zakład Geofizyki i Mechaniki Ośrodków Ciągłych

4 BADANIA TERENOWE Klasyfikacje masywów skalnych BADANIA LABORATORYJNE Właściwości fizyczne BADANIA LABORATORYJNE Nieniszczące - ultradźwiękowe BADANIA LABORATORYJNE Niszczące - wytrzymałościowe BADANIA DETERIORACJI MATERIAŁU SKALNEGO KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ ANANLIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ (zajęcia komputerowe) KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ

5 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA TERENOWE Szczelinowatość RQD Ks Odbojność MŁOTEK SCHMIDTA Klasyfikacja masywu skalnego wg Bieniawskiego //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

6 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE -Właściwości fizyczne gęstość porowatość nasiąkliwość //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

7 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE Nieniszczące - ultradźwiękowe rodzaje badań pomiar fal ultradźwiękowych //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

8 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE Niszczące - wytrzymałościowe rodzaje badań schemat badań wytrzymałość moduł younga E //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// //DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

9 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ DETERIORACJA SKAŁ ocena mechanizmów deterioracji ocena stanu zaawansowania degradacji wskazania konserwatorskie //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// //DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

10 ZAKŁAD GEOMECHANIKI INSTYTUT HYDROGEOLOGII I GEOLOGII INŻYNIERSKIEJ UW Al. Żwirki i Wigury 93, Warszawa tel , fax KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ analiza rozkładu naprężeń w masywie skalnym zajęcia komputerowe //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// //DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

11 Geologia inżynierska Zakład Geologii Inżynierskiej grunt Zakład Geomechaniki skała Grunt nieskalisty to grunt którego nie można zaliczyć do gruntów skalistych więc jest rozdrobniony, bez silnych wiązań krystalicznych (PN-86/B-02480). Grunt skalisty to grunt rodzimy lity bądź spękany o nieprzesuniętych blokach (przy czym najmniejszy wymiar bloku musi przekraczać 10 cm), którego próbki nie wykazują zmian objętości ani nie rozpadają się pod działaniem wody i mają wytrzymałość Rc > 0,2 MPa (PN-86/B-02480) 0,2 MPa (PN 1986) 1,0 MPa (Krajewski 1984) 1,5 MPa (Czeska Norma 1989)

12 Skała (rock) termin rozumiany jest jako naturalny zbiór minerałów, skonsolidowany i scementowany lub związany ze sobą w inny sposób tak, że jego wytrzymałość jest większa niż gruntu Masyw skalny (rock mass) oznacza skałę in situ wraz z nieciągłościami i profilem wietrzeniowym Materiał skalny (rock material) rozumiany jest jako skała nienaruszona ograniczona powierzchniami nieciągłości

13 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA TERENOWE Szczelinowatość RQD Ks Odbojność MŁOTEK SCHMIDTA Klasyfikacja masywu skalnego wg Bieniawskiego //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

14 Kidybiński [1982] przedstawił sposoby oznaczania szczelinowatości: Szczelinowatość liniowa S1 wyraża liczbę spękań na jednostkę długości N liczba śladów spękań, szczelin L długość linii pomiarowej [m] SZCZELINOWATOŚĆ MASYWU SKALNEGO Szczelinowatość jest jednym z ważniejszych wskaźników oceny stanu nieciągłości masywu skalnego Szczelinowatość powierzchniowa S2 wyraża sumaryczną długość śladów spękań przypadających na jednostkę powierzchni skały N liczba śladów szczelin l długość śladu pojedynczej (n-tej) szczeliny w obrębie badanej powierzchni [m] F pole powierzchni badanej skały [m2] Szczelinowatość objętościowa S3 wyraża sumaryczną powierzchnię szczelin na jednostkę objętości skały N liczba szczelin S powierzchnia pojedynczej szczeliny [m2] V objętość masywu skalnego [m3]

15 Szczelinowatość liniowa S1 wyraża liczbę spękań na jednostkę długości N liczba śladów spękań, szczelin L długość linii pomiarowej [m] SZCZELINOWATOŚĆ MASYWU SKALNEGO Szczelinowatość jest jednym z ważniejszych wskaźników oceny stanu nieciągłości masywu skalnego Przykład 1 N liczba śladów spękań, szczelin - 2 L długość linii pomiarowej [m] 1m

16 Szczelinowatość powierzchniowa S2 wyraża sumaryczną długość śladów spękań przypadających na jednostkę powierzchni skały N liczba śladów szczelin l długość śladu pojedynczej (n-tej) szczeliny w obrębie badanej powierzchni [m] F pole powierzchni badanej skały [m2] SZCZELINOWATOŚĆ MASYWU SKALNEGO Szczelinowatość jest jednym z ważniejszych wskaźników oceny stanu nieciągłości masywu skalnego Przykład 2 l długość śladu pojedynczej szczeliny l1-1,10m l2 1,15m F pole powierzchni badanej skały 1m2

17 Szczelinowatość objętościowa S3 wyraża sumaryczną powierzchnię szczelin na jednostkę objętości skały N liczba szczelin S powierzchnia pojedynczej szczeliny [m2] V objętość masywu skalnego [m3] Przykład 3 SZCZELINOWATOŚĆ MASYWU SKALNEGO Szczelinowatość jest jednym z ważniejszych wskaźników oceny stanu nieciągłości masywu skalnego S powierzchnia pojedynczej szczeliny [m2] S 1,10mx1,10m= 1,21m2 S 1,15mx1,05m= 1,21m2 V objętość masywu skalnego [m3] 1m3

18 RQD Rock Quality Designation [%] Lp całkowita długość odcinków wykazujących długość większą niż podwójna średnica [m] Lt całkowita długość bazy pomiarowej [m] Przykład 4 Wskaźnik RQD (Rock Quality Designation) RQD to procentowy wskaźnik nieciągłości ośrodka, stosowany do oceny stanu spękania na rdzeniach wiertniczych.

19 Ks wskaźnik porowatości szczelinowej [%] R straty rdzenia wiertniczego [m] LR długość odcinka otworu wiertniczego Przykład 5 Wskaźnik porowatości szczelinowej Ks

20 Wskaźnik odbojności Młotek Schmidta Rzymianie wiedzieli, że dobra zaprawa jest twarda i ma dużą wytrzymałość na ściskanie. Subiektywnie kontrolowali jej jakość drapiąc jej powierzchnię żelaznym gwoździem. Młotek Schmidta umożliwia określenie wskaźnika odbojności sprężystej (rs) na podstawie reakcji na udar o określonej energii przekazanej na powierzchnię danego materiału. Za pomocą młotka uderza się w materiał z określoną energią. Jego odbicie zależy od twardości materiału i jest mierzone za pomocą przyrządu testowego. Posługując się tablicami przeliczeniowymi, można określić wytrzymałość na ściskanie na podstawie liczby odbicia.

21 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA TERENOWE Szczelinowatość RQD Ks Odbojność MŁOTEK SCHMIDTA Klasyfikacja masywu skalnego wg Bieniawskiego //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

22 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ GDZIE BADANIA? Karpaty Sudety Góry Świętokrzyskie Jura Krakowsko - Częstochowska Region lubelski //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

23 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ GDZIE BADANIA? Karpaty Sudety Góry Świętokrzyskie Jura Krakowsko - Częstochowska Region lubelski Wszędzie tam gdzie wykorzystywany jest KAMIEŃ //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//

24 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ GDZIE BADANIA? Karpaty Sudety Góry Świętokrzyskie Wyżyna Śląsko-Krakowska Lubelszczyzna Wszędzie tam gdzie wykorzystywany jest KAMIEŃ //BADANIA TERENOWE//WŁAŚCIWOŚI FIZYCZNE//BADANIA ULTRADZWIĘKOWE//BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE// DETERIORACJA SKAŁ//KRYTERIA ZNISZCZENIA SKAŁ, ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ W MASYWIE SKALNYM//